要約:
最近、チャイナ スカイ アイ FAST の超高検出感度を利用して、国立天文台のハン ジンリン研究員率いる FAST 銀河面パルサー調査チームは重要な発見を行い、狭い軌道で二重中性子星系 PSRJ1856-0039 を捕捉しました。この系は公転周期が極めて短く、総質量が現在知られている中で最も軽い連星中性子星系である。複数の観測結果により一般相対性理論が正確に検証され、極限天体物理学、重力の性質、宇宙の元素の起源を探求するための重要な新たな目標が提供されました。関連する研究結果は、2026 年 9 月 15 日に Physical Review Letters (PRL) に掲載され、ジャーナル編集者によって重要な推奨結果として選ばれました。
中性子星は、大質量星の死と崩壊の後に形成された非常に高密度の天体の残骸です。正確かつ安定した規則で動き、「宇宙の精密時計」と呼ばれています。連星中性子星系は、互いに周回する 2 つの中性子星で構成されます。宇宙でも極めて珍しい特殊な天体系です。これまでに人間によって発見された症例はわずか 30 件のみです。このタイプの天体系は 2 回の超新星爆発の後に形成され、将来は重力波放射によって合体して進化すると考えられます。宇宙における金やプラチナなどの重元素の重要な誕生源です。また、超高密度の物質状態の研究、一般相対性理論のテスト、超新星爆発のメカニズムの分析に理想的な自然の実験室でもあります。その中でも、短周期二重中性子星は、相対論的効果が強く、合体時間が短いため、特に優れた科学研究価値を持っています。これらは常に、国際的な大型電波望遠鏡によるパルサー調査の中核となる科学的目標でした。
世界で最も感度の高い単開口電波望遠鏡として、FAST は高性能 L バンド 19 ビーム冷却受信機を備えており、非常に強力なパルサー検出機能を備えています。今回の研究では、チームは独自に開発したスナップショット観測モードを利用して銀河面パルサーの大規模な系統的探索を実施し、これまでに約900個の新たなパルサーの発見に成功した。継続的な追跡精密観測を通じて、チームは特殊な天体系の多くのケースを特定し、PSRJ1856-0039 は画期的な発見の 1 つでした。
観測データによると、この連星中性子星系の公転周期はわずか 2.36 時間で、既知の連星中性子星系の中で 2 番目にランクされています。公転周期が極めて短いということは、2つの中性子星間の距離が極めて小さく、互いに公転する連星の軌道が極めて密であることを意味します。これは、現在知られている最も重要な相対論的効果を持つ連星中性子星系の 1 つです。同時に、このシステムは人類に知られている二重中性子星の質量の下限を更新しました。全体の質量は太陽の質量のわずか2.488倍であり、これまでに発見された二重中性子星の組み合わせとしては最も軽い。このうち、目に見えるパルサーの質量は太陽の約1.30倍、伴中性子星の質量は太陽の約1.19倍です。この伴星は、世界で最も軽い既知の中性子星の一つにランクされており、中性子星の理論上の質量の下限に近づいており、超新星爆発の物理的メカニズムの正確な分析に強い制約を与えています。
非常に高密度な軌道のおかげで、この系は非常に強い重力環境を持ち、研究チームは多くの明らかな相対論的効果の観察に成功しました。彼らは、楕円軌道の近点歳差運動、強い重力場によって引き起こされる光子周波数の赤方偏移、高速運動によって引き起こされる時間遅延効果、さらには重力波の継続的な放射と軌道周期のゆっくりとした減衰によるシステムのエネルギー損失を正確に検出しました。データ計算の結果、今回測定された軌道周期減衰値と一般相対性理論の予測値の比は1.009±0.014となり、一般相対性理論の正しさが確認されました。
研究チームのモデル推論によると、この星系は約 8,200 万年後に合体し、最終的にはより大きな中性子星が高い確率で形成されるでしょう。この特別な進化の経路は、中性子星の内部の状態方程式の問題を解決し、宇宙における金やプラチナなどの重元素の起源を探る上で重要な役割を果たします。
このシステムは、その後の科学的進歩を可能にする機能も備えています。軌道傾斜角が極めて小さく、公転周期が極めて短いため、パルサーが回転する際に生じる基準系抗力効果を検出するのに最適な条件が得られます。現在、この効果を検出できる可能性がある連星中性子星系の例は 1 つまたは 2 つだけです。基準フレームの抗力効果は、中性子星の回転慣性に直接関係しています。今後は、FASTの継続的な高精度観測を利用して、中性子星の回転慣性を正確に測定することが期待されています。正確に測定された中性子星の質量データと組み合わせることで、長期にわたる観測と研究は、中性子星の内部物質状態の解明や時空重力の基本特性の探求など、最先端の科学的課題に重要な制約を与えることができます。
この研究は、科学技術省の主要な研究開発プロジェクトと中国科学院の制度化プロジェクトによって支援されています。 「FAST 銀河面パルサー調査」プロジェクトと関連データの詳細については、プロジェクトの Web サイト http://zmtt.bao.ac.cn/GPPS/ をご覧ください。
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